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java进阶1——JVM

article 2025/2/6 16:41:49

java进阶——JVM

1、JVM概述

作用

Java 虚拟机就是二进制字节码的运行环境，负责装载字节码到其内部，解释/编译为对应平台上的机器码指令行，每一条 java 指令，java 虚拟机中都有详细定义，如怎么取操作数，怎么处理操作数，处理结果放在哪儿。

特点：

一次编译到处运行

自动内存管理

自动垃圾回收功能

现在的 JVM 不仅可以执行 java 字节码文件,还可以执行其他语言编译后的字节码文件,是一个跨语言平台.

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JVM的位置

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JVM 是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互。

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构成部分：

JVM 整体组成可分为以下四个部分：

1.类加载器（ClassLoader）

2.运行时数据区（Runtime Data Area）

3.执行引擎（Execution Engine）

4.本地库接口（Native Interface）

简图：

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详细图：

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各个组成部分的用途

程序在执行之前先要把 java 代码转换成字节码（class 文件），jvm 首先需要把字节码通过一定的方式 类加载器（ClassLoader） 把文件加载到内存中的运行时数据区（Runtime Data Area） ，而字节码文件是 jvm 的一套指令集规范，并不能直接交个底层操作系统去执行，因此需要特定的命令解析器执行引擎（ExecutionEngine） 将字节码翻译成底层系统指令再交由 CPU 去执行，而这个过程中需要调用其他语言的接口 本地库接口（Native Interface） 来实现整个程序的功能，这就是这 4 个主要组成部分的职责与功能。

而我们通常所说的 JVM 组成指的是运行时数据区（Runtime Data Area），因为通常需要程序员调试分析的区域就是“运行时数据区”，或者更具体的来说就是“运行时数据区”里面的 Heap（堆）模块。

Java 代码的执行流程

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Java 编译器编译过程中，任何一个节点执行失败就会造成编译失败。虽然各个平台的 java 虚拟机内部实现细节不尽相同，但是它们执行的字节码内容却是一样的。 JVM 主要任务就是负责将字节码装载到其内部，解释/编译为对应平台上的机器指令执行。JVM 使用类加载器（Class Loader）装载 class 文件。类加载完成后，会进行字节码校验，字节码校验通过之后 JVM 解释器会把字节码翻译成机器码交由操作系统执行。但不是所有的代码都是解释执行，JVM 对此作了优化，比如 HotSpot 虚拟机，它本身提供了 JIT(Just In Time)编译器.

JVM 架构模型

Java 编译器输入的指令流基本上是一种基于栈的指令集架构,另一种指令集架构是基于寄存器的指令集架构.

基于栈式架构的特点

设计和实现更简单,适用于资源受限的系统. 使用零地址指令方式分配,其执行过程依赖于操作栈,指令集更小,编译器容易实现.不需要硬件支持,可移植性好,更好实现跨平台.

基于寄存器式架构特点:

指令完全依赖于硬件,可移植性差.

性能优秀,执行更高效.

完成一项操作使用的指令更少.

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使用 javap -v class 文件可以将 class 文件反编译为指令集.

所以由于跨平台的设计,Java 指令集都是根据栈来设计的,不同 CPU 架构不同,

所以不能设计为基于寄存器的.

优点是跨平台,指令集小,编译器容易实现.

缺点是性能下降,实现同样功能需要更多的指令.

2、JVM结构-类加载

类加载子系统

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作用:

类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载 class 文件。

主负责加载类, 有执行引擎执行,存放在方法区(元空间)

扮演者的是一个快递员的角色

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class file 存在于硬盘上,可以理解为设计师画在纸上的模板,而最终这个模板在执行的时候是要加载 JVM 当中来,根据这个模板实例化出 n 个一模一样的实例.
class file 加载到 JVM 中,被称为 DNA 元数据模板,放在方法区中.
在.class–>JVM–>最终称为元数据模板,此过程就要有一个运输工具(类加载器 Class Loader),扮演一个快递员的角色.

类加载过程

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